אלקטרודות רכות מבוססות תעלה מיקרופלואידית ויישומן בחישת לחץ קיבולי

Summary

לאלקטרודות גמישות יש מגוון רחב של יישומים ברובוטיקה רכה ובאלקטרוניקה לבישה. הפרוטוקול הנוכחי מדגים אסטרטגיה חדשה לייצור אלקטרודות נמתחות מאוד ברזולוציה גבוהה באמצעות ערוצים מיקרופלואידים המוגדרים בליתוגרפיה, מה שסולל את הדרך לחיישני לחץ רך עתידיים בעלי ביצועים גבוהים.

Abstract

אלקטרודות גמישות ונמתחות הן רכיבים חיוניים במערכות חישה מלאכותיות רכות. למרות ההתקדמות האחרונה באלקטרוניקה גמישה, רוב האלקטרודות מוגבלות על ידי רזולוציית הדפוס או היכולת של הדפסת הזרקת דיו עם חומרים סופר-אלסטיים בעלי צמיגות גבוהה. במאמר זה, אנו מציגים אסטרטגיה פשוטה לייצור אלקטרודות מרוכבות נמתחות מבוססות מיקרו-ערוצים, אשר ניתן להשיג על ידי גירוד תרכובות פולימר מוליכות אלסטיות (ECPCs) לתעלות מיקרופלואידיות מובלטות ליתוגרפיות. ה-ECPCs הוכנו בשיטת אידוי ממסים נדיפים, המשיגה פיזור אחיד של ננו-צינוריות פחמן (CNT) במטריצה פולידימתילסילוקסאן (PDMS). בהשוואה לשיטות ייצור קונבנציונליות, הטכניקה המוצעת יכולה להקל על ייצור מהיר של אלקטרודות מוגדרות היטב הניתנות למתיחה עם תרחיף צמיגות גבוהה. מכיוון שהאלקטרודות בעבודה זו היו מורכבות מחומרים אלסטומריים לחלוטין, ניתן ליצור קשרי גומלין חזקים בין האלקטרודות מבוססות ECPCs לבין המצע מבוסס PDMS בממשקים של דפנות המיקרו-ערוצים, מה שמאפשר לאלקטרודות להפגין חוסן מכני תחת מתחים גבוהים. בנוסף, התגובה המכנית-חשמלית של האלקטרודות נחקרה גם היא באופן שיטתי. לבסוף, חיישן לחץ רך פותח על ידי שילוב של קצף סיליקון דיאלקטרי ושכבת אלקטרודות בין-ספרתיות (IDE), וזה הדגים פוטנציאל גדול לחיישני לחץ ביישומי חישה רובוטיים רכים.

Introduction

חיישני לחץ רך נחקרו באופן נרחב ביישומים כגון גריפרים רובוטיים פנאומטיים¹, אלקטרוניקה לבישה², מערכות ממשק אדם-מכונה³ וכו '. ביישומים כאלה, מערכת החישה דורשת גמישות ומתיחה כדי להבטיח מגע קונפורמי עם משטחים עקומים שרירותיים. לכן, הוא דורש את כל המרכיבים החיוניים, כולל המצע, אלמנט המתמר והאלקטרודה, כדי לספק פונקציונליות עקבית בתנאי עיוות קיצוניים⁴. יתר על כן, כדי לשמור על ביצועי חישה גבוהים, חיוני לשמור על השינויים באלקטרודות הרכות לרמה מינימלית כדי למנוע הפרעה באותות החישה החשמלית⁵.

כאחד מרכיבי הליבה בחיישני לחץ רך, אלקטרודות....

Protocol

1. סינתזה של slurry ECPCs

1. פזרו את ה-CNT לממס טולואן ביחס משקל של 1:30 ודללו את בסיס ה-PDMS עם טולואן ביחס משקל של 1:1.
   הערה: כל הליך הניסוי, שמוצג באיור 1, צריך להתבצע במכסה אדים מאוורר היטב.
2. ערבבו מגנטית את תרחיף ה-CNT/טולואן ואת תמיסת PDMS/טולואן בטמפרטורת החדר למשך שעה אח.......

Discussion

בפרוטוקול זה, הדגמנו שיטת הדפסה חדשנית מבוססת תעלה מיקרופלואידית עבור אלקטרודות נמתחות. החומר המוליך של האלקטרודה, תרחיף ECPCs, יכול להיות מוכן בשיטת אידוי הממס, המאפשרת ל-CNT להיות מפוזרים היטב לתוך מטריצת PDMS, ובכך ליצור פולימר מוליך המציג יכולת מתיחה גבוהה כמו מצע PDMS.

בתהליך ה.......

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Camera	OPLENIC DIGITAL CAMERA
Carbon nanotubes (CNTs)	Nanjing Xianfeng Nano-technology		Diameter:10-20 nm,Length:10-30 μm
Hotplate Stirrer	Thermo Scientific	Super-Nuova+	Stirring and Heating Equipment
LCR meter	Keysight	E4980AL	Capacitance Measurment Equipment
Microscope	SDPTOP
Multimeter	Fluke		Resistance measurment Equipment
Oven	Yamoto	DX412C	Heating equipment
Photo mask	Shenzhen Weina Electronic Technology
Photoresist	Microchem	SU-8 3050
Polydimethylsiloxane (PDMS)	Dow Corning	Sylgard 184	Silicone Elastomer
Silicone Foam	Smooth on	Soma Foama 25	Two-component Platinum Silicone Flexible Foam
Silicone wafer	Suzhou Crystal Silicon Electronic & Technology		Diameter:2inch
Stirrer	IKA	Color Squid	Stirring Equipment
Toluene	Sinopharm Chemical Reagent		Solvent for the Preparation of ECPCs
Triethoxysilane	Macklin